基于MSP430的低功耗儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　在科學(xué)技術(shù)與社會(huì)生產(chǎn)高度發(fā)達(dá)的今天，智能測(cè)試儀器與儀器儀表系統(tǒng)發(fā)展迅速，被測(cè)對(duì)象的跨度既廣泛又具有多樣性。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使儀器儀表的發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備被智能化儀器所取代。智能化儀表的兩個(gè)主要的發(fā)展方向是大型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和便攜式低功耗智能儀表，功率問題也就成為電路設(shè)計(jì)所需考慮的重要因素之一。在本文中，我將提出一種基于MSP430的通用型低功耗儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該低功耗系統(tǒng)與不同的傳感器相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，并具備鍵盤輸入與LCD顯示功能，能適合各種工作場(chǎng)合。

　　2 低功耗儀表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本儀表系中選用的是MSP430芯片。MSP430系列是一款具有精簡(jiǎn)指令集的16位超低功耗混

　　合型單片機(jī)。它包含馮諾依曼結(jié)構(gòu)尋址方式（MAB）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式（MDB）的靈活時(shí)鐘系統(tǒng)，由于含有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地址映射和數(shù)字模擬外圍接口的CPU，MSP430為混合信號(hào)應(yīng)用需求提供了解決方案。

　　MSP430系列的主要特征有：超低能耗的體系結(jié)構(gòu)大大延長了電池壽命;適用于精密測(cè)量的理想高性能模擬特性;16位RISC CPU為每一時(shí)間片處理的代碼段容量提供新的特性，系統(tǒng)可編程的Flash存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦寫代碼、分塊擦寫和數(shù)據(jù)載入。圖3-1給出了電能表的硬件框圖：

　　圖1 系統(tǒng)硬件框圖

　　圖1中的硬件按功能可分為數(shù)據(jù)采集、放大與濾波、單片機(jī)、鍵盤、LCD顯示、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、DAC、報(bào)警、看門狗電路、RS485通信和電源管理等功能模塊。

　　2.2 模塊設(shè)計(jì)

　　2.2.1電源模塊設(shè)計(jì)

　　在整個(gè)系統(tǒng)中，我用到了±5V、±12V， 2.5V， 3V。對(duì)于±5V和±12V這兩組電壓是采用專門的電源模塊來供電的。由于MSP430型單片機(jī)是低功耗的單片機(jī)，采用3V供電，要用專用的電源模塊來對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電。單片機(jī)的供電模塊是德州儀器公司的TPS76301，這個(gè)電源模塊是表面貼片式的，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，可以輸出1.6-5.0V的電壓。只有5個(gè)管腳。它可以提供l50mA的電流，輸出電壓的應(yīng)用電路如圖2所示。

　　圖2 TPS76301的應(yīng)用電路

　　電阻R1和R2上的電流必須是7μA左右。再低一點(diǎn)的電阻也可以用，但是浪費(fèi)了功率，太高的電阻也不能用，因?yàn)檫@樣會(huì)引起FB端的泄漏電流增加和引起電壓錯(cuò)誤。推薦的電阻值就是選擇R2=169KΩ，并且讓流過R1和R2電阻的電流為7μA左右，由下式計(jì)算R1：

　　一些電阻和輸出電壓的典型值如表1所示：

　　表1 工輸出電壓和電阻的典型值

　　2.2.2 放大與濾波模塊

　　我在該低功耗系統(tǒng)的輸入通道中采用的前置放大器是TI公司的OPA349。輸入通道電路如圖3所示，該電路除了放大功能，還能具有濾波功能，消除無關(guān)的交流分量。

　　圖3 放大與濾波電路圖